دستگاه‌های LDI و CCD در تولید برد مدار چاپی: فناوری‌ها، کاربردها و عملکرد

در دنیای دقیق تولید صفحه مدار، دو فناوری برای نقش خود در تضمین دقت و کارایی برجسته می شوند:سیستم های بازرسی تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) و دستگاه های شارژ-کاپل (CCD)LDI فرآیند الگوی PCB را تغییر داده است، با جایگزین کردن فوتولیتوگرافی سنتی با دقت لیزر، در حالی که ماشین های CCD به عنوان نقطه کنترل کیفیت مهم عمل می کنند.شناسایی نقص هایی که می توانند عملکرد را به خطر بیندازندآنها با هم، ستون فقرات تولید PCB مدرن را تشکیل می دهند، که امکان ایجاد تخته های با چگالی بالا و قابلیت اطمینان بالا را در همه چیز از روترهای 5G تا سنسورهای خودرو فراهم می کند.این راهنما به نحوه کار دستگاه های LDI و CCD می پردازد، نقاط قوت منحصر به فرد آنها و چگونگی تکمیل یکدیگر در جریان کار تولید.

نکات کلیدی
1دستگاه های LDI از لیزرهای UV برای تصویربرداری مستقیم الگوهای مدار بر روی PCB ها استفاده می کنند و به دقت ±2μm 5 برابر بهتر از ماسک های عکاسی سنتی می رسند که برای PCB های HDI با 50μm بسیار مهم است.
2سیستم های بازرسی CCD، با دوربین های 5MP، 99٪ از نقص ها (به عنوان مثال، مدار کوتاه، ردپای گمشده) را در 1 ٪ 2 دقیقه در هر صفحه شناسایی می کنند، که عملکرد بسیار بهتر از بازرسی دستی (85٪ میزان تشخیص) است.
3.LDI زمان تولید را با حذف ایجاد و دستکاری ماسک های عکاسی 30٪ کاهش می دهد ، در حالی که CCD هزینه های کار مجدد را با تشخیص اولیه نقص 60٪ کاهش می دهد.
4LDI و CCD با هم تولید انبوه PCB های پیچیده (10+ لایه، 0.4mm pitch BGA) را با نرخ نقص کمتر از 100 ppm، با رعایت استانداردهای سختگیرانه خودرو و هوافضا امکان پذیر می کنند.

دستگاه های LDI چیست و چگونه کار می کنند؟
دستگاه های تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) جایگزین فرآیند سنتی فوتولیتوگرافی می شوند که از ماسک های فیزیکی برای انتقال الگوهای مدار به PCB استفاده می کند.LDI از لیزرهای UV قدرتمند استفاده می کند تا مدار را مستقیماً بر روی پوشش مقاومت نور حساس PCB بکشاند..

فرآیند LDI: مرحله به مرحله
1آماده سازی PCB: PCB برهنه با مقاومت حساس به نور (فیلم خشک یا مایع) پوشانده شده است که هنگام قرار گرفتن در معرض نور UV سخت می شود.
2تصویربرداری لیزر: یک لیزر UV (طول موج 355nm) مقاومت را اسکن می کند و مناطقی را که به ردپای مس تبدیل می شوند، نشان می دهد. لیزر با داده های CAD کنترل می شود،اطمینان از تراز دقیق با لایه های PCB.
3توسعه: مقاومت غیرعرض شده از بین می رود و الگوی محافظتی را که مدار را تعریف می کند باقی می گذارد.
4حکاکی: مس آشکار حکاکی می شود، و ردپای مورد نظر را با مقاومت سخت شده محافظت می کند.

مزایای اصلی LDI
دقت: لیزرها با دقت ±2μm در مقایسه با ±10μm با ماسک های عکاسی، می توانند 50μm و 0.1mm از طریق قطر را نشان دهند.
سرعت: تولید ماسک عکاسی را از بین می برد (که ۲۴ تا ۴۸ ساعت طول می کشد) و زمان انتقال الگوی را ۵۰٪ کاهش می دهد.
انعطاف پذیری: به راحتی الگوهای مدار را از طریق نرم افزار تنظیم کنید، ایده آل برای نمونه سازی یا تولید دسته کوچک.
بهره وری از هزینه ها: برای حجم های کم تا متوسط (100 × 10000 واحد) ، LDI از هزینه های ماسک عکاسی ((500 × 2000) در هر مجموعه ماسک جلوگیری می کند.

ماشین های CCD و نقش آنها در تولید PCB چیست؟
دستگاه های CCD سیستم های بازرسی خودکار هستند که از دوربین های با وضوح بالا برای گرفتن تصاویر PCB استفاده می کنند و سپس آنها را با استفاده از الگوریتم های نرم افزاری برای نقص تجزیه و تحلیل می کنند.آنها در مراحل کلیدی مستقر می شوند: پس از حکاکی (برای بررسی یکپارچگی ردی) ، پس از قرار دادن قطعات و پس از جوشاندن.

نحوه کار بازرسی CCD
1گرفتن تصویر: چندین دوربین CCD (تا 8) با نوردهی LED (سفید، RGB یا مادون قرمز) تصاویر 2D یا 3D PCB را از زاویه های مختلف ضبط می کنند.
2پردازش تصویر: نرم افزار تصاویر را با یک قالب طلایی (یک مرجع بدون نقص) برای شناسایی ناهنجاری ها مقایسه می کند.
3طبقه بندی نقص: مسائل مانند مدار کوتاه، ردپای باز یا قطعات ناهموار با شدت (خطرناک، عمده، جزئی) برای بررسی علامت گذاری می شوند.
4گزارش دهی: داده ها برای تجزیه و تحلیل روند ثبت می شوند، به تولید کنندگان کمک می کند تا علل اصلی را برطرف کنند (به عنوان مثال، کوتاه شدن مکرر در یک منطقه PCB خاص ممکن است یک مشکل کالیبراسیون LDI را نشان دهد).

انواع سیستم های بازرسی CCD
a.2D CCD: بررسی نقص های دو بعدی (به عنوان مثال عرض ردی، قطعات گمشده) با استفاده از تصاویر بالا به پایین.
b.3D CCD: از نور ساختاری یا اسکن لیزر برای تشخیص مسائل مربوط به ارتفاع استفاده می کند (به عنوان مثال، حجم جفت جوش، coplanarity جزء).
c. Inline CCD: برای بازرسی در زمان واقعی در خطوط تولید یکپارچه شده است و حداکثر 60 PCB در دقیقه را پردازش می کند.
d.CCD آفلاین: برای نمونه گیری دقیق یا تجزیه و تحلیل خرابی استفاده می شود، با وضوح بالاتر (50MP) برای نقایص باریک.

LDI در مقابل CCD: نقش های مکمل در تولید PCB
در حالی که LDI و CCD به اهداف مختلفی خدمت می کنند، آنها در تضمین کیفیت PCB به شدت مرتبط هستند.

چرا LDI و CCD برای PCB های مدرن ضروری هستند
همانطور که PCB ها پیچیده تر می شوند، با وجود 10+ لایه، 50μm رد، و 0.4mm pitch components، روش های سنتی تلاش می کنند تا با آنها مطابقت داشته باشند.

1امکان PCB های با تراکم بالا
نقش LDI: ایجاد ردیف های 50μm و ویاس های 100μm با دقت ثابت، طراحی HDI (به عنوان مثال، PCB ایستگاه پایه 5G) را امکان پذیر می کند.
نقش CCD: این ویژگی های کوچک را برای نقص هایی مانند ریزش ردی یا از طریق عدم تراز بررسی می کند که باعث از دست دادن سیگنال در مدارهای با سرعت بالا می شود.

2کاهش هزینه های تولید
a. پس انداز LDI: هزینه های ماسک عکاسی را از بین می برد و خرد کردن لایه های اشتباه را کاهش می دهد (در تولید حجم بالا 70٪).
b.CCD صرفه جویی: نقص ها را زود تشخیص می دهد (به عنوان مثال، پس از حکاکی، نه پس از مونتاژ) ، هزینه های کار مجدد را 60٪ کاهش می دهد. یک مدار کوتاه از دست رفته می تواند هزینه (50 برای تعمیر پس از مونتاژ در مقابل) 5 برای تعمیر پس از حکاکی..

3. برآورده کردن استانداردهای سختگیرانه صنعت
a.خودروی (IATF 16949): نیاز به نرخ نقص <100 ppm دارد. دقت LDI و میزان تشخیص CCD 99٪ رعایت را تضمین می کند.
ب.هوائی و فضایی (AS9100): تقاضا برای ردیابی. هر دو LDI و CCD داده های لاگ (پست فایل ها، گزارش های بازرسی) برای مسیرهای حسابرسی.
c.Medical (ISO 13485): نیاز به صفر نقص های بحرانی دارد. بازرسی سه بعدی CCDs مشکلات ظریف مانند حفره های جوش در دستگاه های نجات جان را تشخیص می دهد.

چالش ها و راه حل ها در اجرای LDI و CCD
در حالی که قدرتمند هستند، سیستم های LDI و CCD نیاز به تنظیم دقیق برای به حداکثر رساندن عملکرد دارند:

1چالش های LDI
a. حرکت لیزر: با گذشت زمان، لیزرها می توانند از کالیبراسیون خارج شوند و باعث تغییرات عرض ردی می شوند.
راه حل: کالیبراسیون روزانه با یک صفحه مرجع و بازخورد در زمان واقعی از بازرسی CCD برای تنظیم تراز لیزر.
b. حساسیت به مقاومت: تغییرات در ضخامت مقاومت بر قرار گرفتن در معرض اثر می گذارد و منجر به قرار گرفتن در معرض مناطق کمتر یا بیش از حد می شود.
راه حل: سیستم های پوشش مقاومتی خودکار با نظارت ضخامت (حراستی ± 1μm).
c. تولید برای حجم های بالا: LDI برای 100،000 واحد اجرا کندتر از فوتولیتوگرافی است.
راه حل: استفاده از چندین دستگاه LDI به صورت موازی یا استفاده از سیستم های ترکیبی (فوتوماسک برای حجم بالا، LDI برای نمونه های اولیه).

2چالش های CCD
a. مثبت های نادرست: گرد و غبار یا انعکاس می تواند هشدار های نادرست نقص را تحریک کند و تولید را کند کند.
راه حل: الگوریتم های مبتنی بر هوش مصنوعی بر روی هزاران تصویر نقص آموزش دیده اند تا مشکلات واقعی را از سر و صدا تشخیص دهند.
b.3D تشخیص نقص: CCD 2D سنتی مسائل مربوط به ارتفاع را از دست می دهد (به عنوان مثال ، جوش کافی در BGA).
راه حل: سیستم های 3D CCD با پروفایل لیزر، که حجم جوش را با دقت ±5μm اندازه گیری می کنند.
جومتری PCB پیچیده: PCB های سفت و انعطاف پذیر یا سطوح منحنی سیستم های استاندارد CCD را گیج می کنند.
راه حل: دوربین های چند زاویه ای و نوردهی قابل تنظیم برای گرفتن مناطق سخت دسترسی.

مطالعات موردی واقعی
1تولید کننده PCB HDI
یک تولید کننده PCB HDI 12 لایه ای برای روترهای 5G، فوتولیتوگرافی را با LDI جایگزین کرد و بازرسی 3D CCD را اضافه کرد:
نتایج: تغییرات عرض ردیابی از ±8μm به ±3μm کاهش یافت؛ میزان نقص از 500 ppm به 80 ppm کاهش یافت.
بازده سرمایه: بازپرداخت سرمایه گذاری LDI/CCD در 9 ماه از طریق کاهش زباله و بازکاری.

2عرضه کننده PCB خودرو
یک شرکت قطعات اتومبیل، بازرسی CCD را پس از الگوی LDI یکپارچه کرد:
چالش: گرفتن 0.1mm کوتاه در ADAS سنسور PCB (مهم برای جلوگیری از شکست میدان).
راه حل: سي سي دي دو بعدی 50MP با الگوریتم های هوش مصنوعی، کشف 99.9 درصد از شورت ها.
تاثیر: خرابی های زمینه ای مربوط به نقص های الگویی به صفر کاهش یافته و الزامات IATF 16949 را برآورده می کند.

3توليد کننده دستگاه هاي پزشکي
یک تولید کننده از پی سی بی های پیس میکر از LDI برای الگوهای باریک (0.4 میلی متر) و 3D CCD برای بازرسی مفصل جوش استفاده می کند:
نتيجه: 100 درصد انطباق با مقررات سازمان غذا و داروها با صفر نقص در 10 هزار واحد
بینش کلیدی: داده های CCD به ماشین های LDI تغذیه می شوند، تنظیمات لیزر را برای الگوهای سازگار بهینه می کنند.

سوالات عمومی
س: آیا LDI می تواند به طور کامل جایگزین فوتولیتوگرافی شود؟
A: برای اکثر برنامه ها، بله، به ویژه HDI، نمونه های اولیه، یا حجم کم تا متوسط. حجم بالا (100k+ واحد) PCB ساده هنوز هم می تواند از فوتولیتوگرافی برای هزینه های پایین تر در هر واحد استفاده کند.

س: ماشین های CCD چگونه با اجزای بازتاب دهنده (به عنوان مثال پین های طلایی) برخورد می کنند؟
ج: سیستم های سی سی دی سه بعدی از نور قطبی یا زاویه های مختلف نوردهی برای کاهش درخشش استفاده می کنند. الگوریتم های پیشرفته همچنین بازتاب ها را فیلتر می کنند تا از نقایص کاذب جلوگیری شود.

س: حداقل اندازه ویژگی LDI می تواند به طور قابل اعتماد تولید شود؟
A: دستگاه های پیشرفته LDI می توانند ردپای 30μm و ویاس 50μm ایجاد کنند، اگرچه ردپای 50μm برای هزینه های موثر رایج تر است.

س: دستگاه های LDI و CCD چقدر نیاز به تعمیر و نگهداری دارند؟
A: لیزرهای LDI نیاز به سرویس سالانه دارند؛ دوربین های CCD نیاز به تمیز کردن لنز هفتگی (یا روزانه در محیط های گرد و غبار) دارند. چک کالیبراسیون روزانه انجام می شود.

س: آیا LDI و CCD برای PCB های سخت و انعطاف پذیر مناسب هستند؟
A: بله. LDI با تنظیمات نرم افزاری به زیربناهای انعطاف پذیر سازگار می شود، در حالی که سیستم های CCD با اسکن سطح منحنی مناطق انعطاف پذیر را مدیریت می کنند.

نتیجه گیری
دستگاه های LDI و CCD تولید PCB را تغییر داده اند و دقت و کیفیت مورد نیاز برای الکترونیک مدرن را فراهم می کنند.در حالی که بازرسی خودکار CCD® تضمین می کند که نقص ها در اوایل تشخیص داده می شوند.برای تولیدکنندگان که قصد دارند در بازارهای 5G، خودرو و پزشکی رقابت کنند، سرمایه گذاری در LDI و CCD نه تنها یک انتخاب بلکه یک ضرورت است.به عنوان پیچیدگی PCB همچنان در حال رشد، این فناوری ها تکامل خواهند یافت، با توانایی های هوش مصنوعی و سه بعدی که محدودیت های آنچه در تولید صفحه مدار ممکن است را بیشتر می کند.